Das HySON-Institut

Damit Wasserstoff als Energieträger für die Zukunft für den Menschen genutzt werden kann, bedarf es praxisorientierter Lösungen, die entwickelt und erprobt werden müssen. Um Wasserstoff dezentral zu erzeugen und zu nutzen, gründete sich der Verbund „localhy“ mit Akteuren aus Wirtschaft, Wissenschaft und Kommune in Sonneberg.

localhy war ein Verbund von Akteuren aus Wirtschaft, Wissenschaft und Kommune, die sich zum Ziel gesetzt haben, dezentral Wasserstoff zu erzeugen und zu nutzen. Aus ökologisch erzeugter regenerativer Energie, ohne Verbrennung von fossilen Rohstoffen, wird aus Wasser ein Kraftstoff erzeugt, welcher Mobilität (Auto fahren) nahezu schadstofffrei und geräuschlos macht. Unsere Städte werden sauberer und stressfreier, weil die Feinstaub- und Stickoxidbelastung sowie die Geräuschentwicklung deutlich zurück gehen. Für uns ändert sich wenig, wir fahren weiter zur Tankstelle und tanken Wasserstoff statt Benzin oder Diesel. Außerdem können wir mit Wasserstoff das Elektrizitätsnetz stabilisieren und mit dem bei der Spaltung von Wasser ebenfalls entstehenden Sauerstoff Kläranlagen betreiben. Selbst die Heizung in unseren Häusern könnte perspektivisch mit Wasserstoff betrieben werden. Weniger Emission bedeutet eine spürbare Reduzierung des Treibhauseffektes. Somit profitiert die Umwelt auch global von unserer guten Idee.

Vertreter der localhy Projektpartner Kyros Hydrogen Solutions GmbH, isle GmbH, Wasserwerke Sonneberg und der Bauhaus-Universität Weimar sind Gründungsmitglieder des HySON e.V. Um an den Erfolg des Projekts anzuknüpfen wurde im Jahr 2018 der HySON e.V. gegründet. Das Projekt wurde 2020 schließlich planmäßig beendet.

Das Verbundprojekt localhy arbeitete an folgenden Themen:

• Dezentrale Wasserstoffherstellung
• Marktfähige Wasserstofftankstelle
• Optimierter Klärprozess

 

Erzeugung von Wasserstoff zu marktfähigen Preisen

Bei der Erzeugung von Wasserstoff durch die Wasserelektrolyse wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Der dazu notwendige Strom wird regenerativ und klimafreundlich erzeugt. Waren solche Anlagen bislang schon allein wegen der Einzelanfertigung kostenintensiv, wurde in Sonneberg ein seriell herstellbarer Elektrolyseur entwickelt, welcher in einem Container montiert wird. Diese Anlage löst auch ein grundsätzliches Problem bisheriger Anlagen: die Verdichtung des Wasserstoffs. Für die Wasserstoffspeicherung ist ein Druck bis zu 700 bar notwendig, denn wenn der Wasserstoff erst später verdichtet wird, verschlechtert sich die Energiebilanz des Systems.

Kyros Hochdruckelektrolyseur

Der Hochdruckelektrolyseur der Kyros Hydrogen Solutions GmbH aus Neuhaus-Schierschnitz löst bisherige technische Probleme und realisiert Drücke von bis zu 100 bar. Weitere Besonderheiten des Systems, wie spezielle Beschichtungen des Plus- und Minuspols sowie die Kombination von eigenen Systembestandteilen (wie Füllstandsmesssysteme und Servoventiltechnik) ermöglichen eine wirtschaftliche Serienproduktion zu marktfähigen Preisen. Mit diesem Elektrolyseur wird die erste Wasserstofftankstelle Thüringens betrieben, die natürlich in Sonneberg steht. Diese Innovation erhielt bereits 2016 den „IQ Innovationspreis Mitteldeutschland “.

Ende 2019 führte der Deutsche Verein Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) die Power-to-Gas-Anlage zur Wasserstofferzeugung in Sonneberg-Heubisch als einige Erzeugeranlage in Thüringen auf. Sie wird als Forschungsanlage betrieben.

Die Wasserstofftankstelle in Sonneberg-Heubisch

 

Ein unschlagbarer Vorteil gegenüber der Elektromobilität ist die kurze Betankungszeit: nach fünf Minuten Betankung kann ein Wasserstoff-Kraftwagen bis zu 800 Kilometer weit fahren. In Sonneberg wurde eine marktfähige Wasserstofftankstelle mit On-Site-Elektrolyse für die Betankung von Elektrofahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb entwickelt. Die Tankstelle wird ergänzt durch einen Kreislaufmotor mit Generator, der mit dem gespeicherten Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) angetrieben wird. So kann bei Bedarf Strom ins Netz eingespeist werden. Folglich bietet die H2-Tankstelle eine klassische Energiespeicherlösung für fluktuierende regenerative Energien an. Derzeit fahren im Landkreis Sonneberg drei Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge mit dem localhy-Wasserstoff (Stand: Jahresbeginn 2020). Sie waren die ersten Fahrzeuge ihrer Art in ganz Mitteldeutschland.

Vorteil der Wasserstoff-Mobilität

Bei einer Umstellung auf Brennstoffzellenfahrzeuge ändert sich für den Fahrer oder den Flottenbetreiber lediglich die Treibstoffart. Der Ablauf des Tankvorgangs bleibt identisch, und auch die kurze Tankdauer. Besondere Ladesäulen oder Ladekabel, wie bei der E-Mobilität, sind nicht erforderlich.

Versuchskläranlage mit hohem Wirkungsgrad

 

„Wir verwenden 80 Prozent unserer Energie darauf, um die Bakterien im Klärprozess mit Sauerstoff zu versorgen. Das Projekt, bei dem Sauerstoff als Abfallprodukt entsteht, begeisterte sofort“, zieht Bernd Hubner, Vorstand des Wasserversorgungs- und Abwasserzweckverbandes Sonneberg, Bilanz. In der Versuchskläranlage wird anstelle von normaler Luft ein Abfallprodukt der Elektrolyse genutzt: Sauerstoff (O₂). Dadurch wird der Wirkungsgrad der Klaranlage erhöht und der Energiebedarf gesenkt.

Im Fokus: die Optimierung bestehender Anlagen

Die Leistungssteigerung von Kläranlagen besitzt einen sehr aktuellen Aspekt, denn die Leistungsfähigkeit von Kläranlagen steht immer in einer gesunden Beziehung zur Einwohnerzahl des Versorgungsgebietes. Wenn die Einwohnerzahl steigt, muss demzufolge auch die Kapazität der Kläranlage vergrößert werden – mitunter ein kostspieliges Unterfangen. Gerade in Zeiten, den denen die Einwohnerzahlen großer Städte rasant steigen. Zudem kommt der Aspekt, dass immer dann, wenn eine Kläranlage auf einer Insel gebaut wurde – wie in der Hansestadt Hamburg – die bauliche Erweiterung zum doppelten Kraftakt wird. Folglich besteht die wirtschaftliche Lösung in einer Optimierung der bestehenden Anlage, indem bei der Nachklärung reiner Sauerstoff eingesetzt wird, anstelle des Sauerstoffs der Luft, der mit weiteren Gasen vermischt ist.

Nachklärung mit reinem Sauerstoff

Bereits im Sommer 2016 wurde die Versuchskläranlage in Sonneberg-Heubisch in Betrieb genommen. Hier wird die neue 02-Technologie im Alltag einer Kläranlage untersucht. Die Ergebnisse werden für eine serielle Nutzung, auch in höher dimensionierten Anlagen, aufbereitet.